「長周期地震動の共振」で建物が大きく揺れる

■トラウマになった揺れ

私は、超高層ビルをつくるのは、もうやめた方がよいと考えています。そんなに高い建物をたくさんつくる必要があるでしょうか？　それが絶対に安全なものならこんなことは言いません。でも、日本の超高層ビルがコストカットを重視してきたことは否めません。初期のビルは長周期地震動のことはあまり考えていませんでした。大手町や丸の内で、初期の超高層が建て直されていますが、機能が古くなったからだけでしょうか。長周期地震動の対策も含まれているような気がします。

東京の高層ビル群（出所：時事通信フォト／朝日航洋）

＊かつては、高層ビルは長周期地震動を前提に設計されていませんでした。高層ビルは20年に1回ぐらいリニューアル工事がありますが、そのときリニューアルするか、それでコストをかけるより建て替えた方がいいかという判断をします。耐震性の不安や設備の老朽化によって建て替えが進んでいます。

私は1983年の日本海中部地震のとき、日比谷公園の近くにある28階建てのビルの27階に勤めていました。ビルがゆっくり揺れ始め、ブラインドがブラブラっと大きく揺れました。テレビを見ると震源は秋田沖だと言います。「超高層ビルってこんなに揺れるんだ」と思ったのが出発点でした。

次にびっくりしたのは2000年の鳥取県西部地震です。そのときは名古屋・栄の8階建てビルの一番上の階で、建築の構造設計者向けの講習会をやっていました。やはりグラグラっと揺れて、メチャクチャ大きい地震が起きたと思ってテレビを見に行くと、鳥取の地震。高層ビルやラーメン構造の建物は揺れるんだと、すっかりトラウマになり、そこから超高層問題に取り組み始めました。

阪神・淡路大震災の論文を読んでいると、小さな図の中に、大阪のとあるビルが、メチャクチャに揺れている波形を見つけました。「なんでこんなに揺れたんだ」と自分の目を疑いました。神戸では周期1秒の揺れがいっぱい放出されて、1秒で揺れやすい10階建てくらいの三宮の建物が中間階からグシャッとつぶれました。震源から離れた大阪の高層ビルが、4秒くらいの周期で、共振でものすごく揺れていました。でも、そのことはあまり表に出なかった。クライアントにとっても設計者にとっても、具合が悪かったからでしょうか。

＊大阪の高層ビルが長周期地震動ですごく揺れたことが表に出なかったのは、業界は基本的に建築主に迷惑がかかることは言わないものだからです。こうした経験を今後の建築に生かせばいいのですが、建築は大量生産の工業製品でなく一品生産だから、経験が次に生きにくいところはあります。

これまでの構造設計では、外力は誰かが決めてくれることになっていました。でも、実際の外力は建物の揺れ。それがどう生み出されるかは、地盤の揺れと建物の揺れの相対関係で決まります。長周期地震動を受けて共振すると、こんなに揺れる。それから、私は「長周期！　長周期！」と言い続け、そのころ付き合いのあった報道関係者と一緒に、長周期地震動を検証する番組や記事を名古屋でいっぱいつくりました。そのために、いろいろな揺れを再現する実験道具「ぶるる」もつくりました。

兵庫県にある実物大の振動実験施設「E−ディフェンス」でも実験をしました。超高層ビルの一部を模した構造を激しく揺さぶりましたが、一見無傷。でもよく見ると、柱と梁の間がバシバシに切れていました。一度切れていたのが、元に戻ったから、最初は気付かなかったのです。少しくらい切れたところがあっても、全体の形は変わらないので、気が付きませんでした。

＊「Ｅ‐ディフェンス」は国立研究開発法人防災科学技術研究所がつくった世界最大級の実験施設「実大三次元震動破壊実験施設」。15メートル× 20メートルの震動台の上に最大1200トンの構造物試験体を載せ、阪神・淡路大震災を上回る地震動をおこし、どう壊れるかを研究します。

超高層ビルの設計に使われている「3つの地震波形」

■真下に落ちていく感じ

超高層のいろんな問題を検討していたところで「3.11」が来ました。私は、東京・青山の高層ビルにいて激しい揺れを経験。その後、大阪府が府庁移転を検討していた咲洲庁舎の安全性を見直す会議に出ました。あのとき、咲洲庁舎の中にいた人は「このまま折れて自分が真下に落ちて行くんじゃないかと恐怖を覚えた。ジェットコースターで落ちる瞬間のイメージだった」と言っています。揺れた建物が全体に曲がるから、地上が見えたということだと思います。

「3.11」の直前、国交省は長周期地震動の影響を見直そうとパブリックコメントまで出していました。しかし、震災が来たのでいったんそれを引っ込めて、6年後の2017年にようやく正式に見直しを決めました。新しい長周期地震動対策では、大阪湾岸に超高層をつくりにくくなっています。これまでの想定より、揺れが倍になったからです。

2000年に建築基準法が改正されるまで、超高層ビルの設計では「エル・セントロ、タフト、八戸」という波形がよく用いられました。エル・セントロは1940年の米カリフォルニア州で起きたインペリアルバレー地震のときにエル・セントロという変電所でとれた揺れの波形です。タフトは1952年、同州で起きたカーンカウンティ地震のタフトという場所の波形。

これらのデータは日本の学者、末広恭二氏がアメリカで講演したことをきっかけに、アメリカで強震計が開発・設置されてとれました。日本ではずいぶん遅れて強震観測が始まり、1968年の十勝沖地震で、八戸港湾の強震記録が取れました。前にも書いたように、軟弱な地盤で長周期の揺れがたくさん出ました。

この三つの揺れは、周期2秒のところは地震動の大きさが共通して小さいので、超高層ビルの周期を2秒にすれば、これらの地震動と共振して大揺れすることはないと考えられました。だから日本の超高層ビルは周期2秒にして設計していることが多かったのです。「2秒狙い」「谷間狙い」などとも言われています。

しかし、「建設地点とは縁もゆかりもない三つの観測波が幅をきかせているのはおかしい」という指摘もありました。もしも周期2秒で揺れやすい地盤に建物が建っていたら、予定外の揺れになるはずです。その後、阪神・淡路大震災以降の設計では、谷間のない地震動も考えるようになってきましたが、今もこの3波は設計に使われています。

＊エル・セントロ、タフト、八戸の波形は非常に特徴のあるものですが、これだけではまずいので今は「告示波」という特徴のない波も使っています。告示波がつくられる前には日本建築センター（BCJ） 波というのがあって、状況は改善されていました。告示波やBCJ波が使われるようになり、谷間狙いはされないようになりました。

＊末広恭二は関東大震災後、寺田寅彦とともに東京帝大地震研究所を創設し、初代所長になりました。